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黑暗中的守護者，解讀TI在安防領域的優勢

從低照技術到編碼效率再到智能分析

日期： 2012-12-12

關鍵詞： DSP 低照技術編碼智能分析 DM385 DM8107 IP攝像機

夜晚一般是犯罪率發生比較高的時候，而且大都發生在光線差甚至沒有光的場所，當攝像機安裝在這些場所時，所獲得的場景影像呈粗粒狀，難以看到清晰的車牌或人面等畫面。因此，加大低光技術的研究對打擊犯罪而言就顯得尤為重要。而在其他領域也越來越重視在光線非常差的情況下的攝像機的圖像采集能力。憑借著在圖像處理方面30年的技術積累，德州儀器（TI）義不容辭地加入到低照技術的研究中來。近日，在北京舉辦的中國國際公共安全博覽會(CPSE) 上，TI視頻系統應用部工程總監Peter Labaziewicz，TI單核處理器業務，視頻安全業務部市場營銷經理Sean Murphy，TI視頻安全業務部總經理Jason Jacob以及TI DSP視頻產品業務拓展經理王承寧向記者展示了TI在低照技術上所取得的成果，并進行了詳細介紹。

低照技術對比實驗

Peter做了一個演示：在一個黑暗的箱子里放著兩款相機，一款是目前市場上某公司以低照度著稱的相機，該公司也拿TI以前的低照度性能和他們的低照度進行對比。另一款是基于TI最新低照技術的相機。試驗的光線環境是人眼已經沒有辦法看見的程度。根據兩個相機采集的圖像可以看出，基于TI最新低照技術的相機可以采集到更清晰的字符和圖像。Peter說：“針對低照環境下的圖像采集，很多客戶采用了其他辦法，比如加紅外補光，但這會增加成本。TI的低照技術是在最新推出的達芬奇DM385視頻處理器基礎上實現的，可以擁有比目前市場上最好的低照度相機還要好的性能。DM385能夠使用H.264 或SVC-T 高級編解碼器壓縮400萬像素的視頻流，從而可實現這一水平的性能。此外，DM385 還集成3D降噪與WDR處理技術，并具有面部檢測、視頻穩定、多重曝光、雙傳感器支持、變焦失真校正等影像信號處理技術。這些特性的完美整合，可為安全行業打造業界一流的低照技術。”

圖1 TI視頻系統應用部工程總監Peter Labaziewicz 在演示低照技術

3D降噪

提高照度有很多不同的方式。一是增加光圈，但這會使鏡頭的尺寸變大，光圈大于1.4以后就不可能再繼續做了，會增加很多系統成本。二是增加曝光時間，其缺點是運動時會有拖影的情況發生。第三是增強從傳感器來的光學信號強度以提高增益，其缺點是噪聲也會被一起放大，這樣圖像上會有很多噪點，原來的圖像就變得不是那么清晰了。

Peter解釋到：“噪聲變大以后，后面的編碼會變得非常困難，因為分不清是圖像的細節還是噪聲，所以可能會把一些噪聲當成圖像進行編碼，所以就會浪費編碼的性能。在這種情況下，關鍵是如何增強有用的信息并減少噪聲，但是做到這一點確實很難。TI做了很好的降噪濾波器，能夠把噪聲減少，可以在完全沒有信息的地方把原始圖象顯示出來，這是我們新的技術特點。”

降噪分為兩個部分，空間單個一幀圖像的降噪處理稱為二維降噪，這些噪聲在每一幀里其實都是一致的，這是空間域的噪聲；另一種噪聲在每一幅圖像里都會有變化，這叫時間域的噪聲。空間域是2D降噪處理，加上時間域就是3D降噪處理。這項技術可以用到所有IP攝像機的解決方案中。Peter強調：“在降噪處理時需要很多數據，因此TI做了硬件降噪的濾波器，可以迅速地處理大量數據，但數據都是機械地處理。在軟件上還需要智能判斷，在大量的數據中判斷哪些是噪聲，哪些是圖像的細節。在對圖像作降噪處理時，一些公司也會說具有3D降噪的功能，但是他們往往將圖像的細節也隨著噪聲一起去掉了，因此判斷哪些是細節哪些是噪聲是非常關鍵的問題，也是業界面臨的挑戰。”

從模擬相機到數字相機的轉變

從模擬相機到數字相機的轉變會帶來三大問題。第一，清晰度的提高將增加整個系統成本，TI一直在盡其所能去降低系統成本。其次是連接的問題，有組網及網絡的要求，以前裝模擬相機只要插上線就可以了，現在還需配置網絡攝像機的一些接口，工程上會增加難度。TI也會提供相應的技術來減少網絡設置的難度，我們有的客戶已經有可以插入網口線之后不需要配置而能夠自動識別設置的相機了。第三，清晰度的提高對后端的存儲也是一個很大的挑戰，需要更多的硬盤。

針對以上三點，Jason說：“TI新技術的方向和投資都是為了幫助客戶解決最終問題，即在前端加入智能的功能，例如在低照度情況下能夠捕捉更好的圖像，提高相機智能識別有用信息的能力，以降低存儲的壓力，這些都是我們正在做的新方向。”Sean表示：“TI數字IP攝像機上有很多優點是模擬攝相機所沒有的。第一，PoE的技術，即通過網絡來提供電源的。第二，一個高清的數字攝像機可以取代若干個模擬攝像機，系統成本也會降低。第三，利用DSP的優勢，可以在前端加入TI智能的算法，使得攝像機變得更聰明，以捕捉更有用的信息，降低網絡和存儲壓力。”Peter補充到：“我們也會和TI內部模擬部門合作設計適用于IP攝像機的專門的電源芯片，供客戶選擇。今年，模擬到數字切換的步伐已經快了很多，大量IP攝像機在市場上的應用已經超出了我們的想象。”

降低成本

沒有很好的降噪處理，不僅圖像清晰度會受影響，而且編碼時會把噪聲當成圖像內容進行編碼，如果系統中同時有幾百個攝像機，隨著碼率的提高，對客戶端整體的成本還是影響很大的。TI最新的編碼器能夠保證很好的編碼效果，在低碼率的情況下可以保持同樣好的圖像質量。

TI 最新推出的達芬奇DM8107 能為多通道(DVR/NVR) 設計實現業界最高效率的視頻壓縮，是很好的低成本解決方案。DM8107 視頻壓縮引擎的壓縮效率比市場標準高200% 以上，可為超值系列DVR 帶來無與倫比的視頻質量。憑借如此高的壓縮效率，在無損影像質量的情況下，既可使保存數據的存儲量銳降50%，同時傳輸數據所需的帶寬也可減半，這對實現視頻安全系統非常重要。

強者的策略

現在幾大FPGA廠商都瞄準了安防監控領域，對于來自FPGA的競爭，Peter說：“在相機系統中如果單純在編碼器和傳感器之間加一個FPGA做低照度和降噪處理，會增加系統成本、功耗和面積，而且FPGA的功耗還是很大的。TI的圖像處理是在編碼芯片上實現的，客戶仍然只需要一個傳感器和編碼芯片就可以達到期望的效果，在系統性能上會更有優勢。”Sean表示：“FPGA會增加系統復雜度或額外的東西來支持它，會使得系統變得更加復雜。例如，時域3D降噪處理要存儲前一幀圖像，用FPGA實現IP攝像機是就需要額外的DDR存儲器，系統成本會提高。而TI是用同樣的硬件和同樣的存儲器來達到同樣的效果。”

Peter表示：“我們可能有不同的競爭對手，但我們的策略是比較一致的，集中在提供完整的低成本解決方案。此外，還會注重新技術的發展，包括提高編碼性能，降低碼率和后端存儲的壓力，以及新的低照度技術和智能分析技術。這都是我們重點針對的領域，保證客戶做出差異化、高端的產品。